Інформація для вчителів
Застосування
Визначення кількості води, витісненої тілом певної маси
За законом Архімеда справджується таке твердження:
«Статична виштовхувальна сила , що діє на тіло в середовищі, дорівнює силі тяжіння витісненого тілом середовища.»
Це означає й навпаки: тіло масою , густина якого дорівнює густині води і яке лежить у посудині з водою, витісняє рівно стільки води, скільки відповідає його власній масі, - тому воно зависає у воді. Тобто сила тяжіння тіла дорівнює добуткові об'єму і густини витісненої води на прискорення вільного падіння :
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні вже мають опрацювати базове розуміння сили тяжіння тіл. Також учні мають знати густину води.
Принцип
Тіло, занурене в нерухому рідину, витісняє певну кількість цієї рідини. Маса витісненої рідини точно дорівнює масі зануреного тіла, якщо густина тіла дорівнює густині рідини. Тоді тіло зависає. За більшої густини результівна сила зменшується через протилежно спрямовану виштовхувальну силу, яка дорівнює силі тяжіння витісненої рідини.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні мають визначити силу тяжіння тіла спершу в повітрі, а потім у воді. З різниці вони мають обчислити виштовхувальну силу . У другому досліді вони мають визначити масу витісненої при зануренні води, обчислити з неї її силу тяжіння і порівняти її з виштовхувальною силою.
Завдання
Зауваження:
Назва «(прорізний) тягарець» тут не зовсім коректна, бо йдеться про масу, яка лише під дією прискорення вільного падіння набуває «ваги», тобто сили тяжіння. Краще казати «тіло відомої маси».
Підказка:
Замість важільних терезів можна взяти й інші терези з діапазоном зважування 100 г і поділкою 1 г (або точніші).
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Судно на морі
Завдяки законові Архімеда можливо, що повітряні кулі літають, а судна тримаються на воді. Для цього апарати конструюють так, щоб їхня середня густина була меншою за густину відповідного середовища. Якщо густина тіла перевищує густину середовища, тіло опускається на дно, але його сила тяжіння зменшується протилежно спрямованою виштовхувальною силою.
У цьому досліді ти дізнаєшся, наскільки виштовхувальна сила зменшує силу тяжіння і який зв'язок існує між кількістю витісненої води та силою тяжіння відповідного тіла.
Завдання
Чи діє на тіло сила при зануренні у воду?
- Визнач силу тяжіння тіла спершу в повітрі, а потім у воді.
- Визнач кількість води, витісненої при зануренні тіла, і її силу тяжіння.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Тримач для прорізних тягарців, 10 г, конструкція PHY | 02204-00 | 1 |
| 2 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 10 г, конструкція PHY | 02205-01 | 4 |
| 3 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 2 |
| 4 | Динамометр, прозорий, 2 Н | 03065-03 | 1 |
| 5 | Переливна посудина, боросилікатне скло, 250 мл | 02212-00 | 1 |
| 6 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 |
| 7 | Мірний циліндр, пластик (PP), низька форма, 50 мл | 36628-01 | 1 |
| 8 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
| 9 | Чашка терезів, пластик | 03951-00 | 2 |
| 10 | Важіль | 03960-00 | 1 |
| 11 | Стрілка для важеля | 03961-00 | 1 |
| 12 | Пластина зі шкалою | 03962-00 | 1 |
| 13 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 14 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 15 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 16 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 |
| 17 | Набір прецизійних важків 1 г...50 г, у футлярі | 44017-01 | 1 |
Складання (1/4)
З'єднання штативної основи
Встановлення штативного стрижня
Збери зі штативної основи, штативного стрижня і подвійної муфти штатив.
Для цього спершу з'єднай обидві половини штативної основи в одну основу.
Тоді вкрути штативний стрижень в основу і встанови подвійну муфту.
Установлення подвійної муфти на штативному стрижні
Складання (2/4)
Закріплення шкали на важільних терезах
Закріплення утримувального болта в подвійній муфті
Закріпи пластину зі шкалою разом зі стрілкою за допомогою утримувального болта посередині важільних терезів.
Потім закріпи утримувальний болт у подвійній муфті.
Складання (3/4)
Складання чашок терезів
Склади чашки терезів і підвісь їх на кінці важільних терезів.
Встанови стрілку так, щоб вона вказувала точно на нульову позначку.
Тарування терезів
Складання (4/4)
Наповнюй переливну посудину водою, доки вода саме почне стікати в лабораторний стакан.
Зачекай, доки вода перестане крапати, а тоді ретельно висуши лабораторний стакан.
Наповнення переливної посудини водою
Виконання (1/4)
- Визнач масу сухого лабораторного стакана за допомогою важільних терезів і запиши значення в протокол.
Відтаровані важільні терези:
визначення маси порожнього стакана
Виконання (2/4)
Визначення сил тяжіння в повітрі
- Для мас 50 г, 100 г і 150 г визнач динамометром силу тяжіння в повітрі .
- Запиши виміряні значення в таблицю в протоколі.
Виконання (3/4)
Визначення сил тяжіння у воді
- Постав добре висушений лабораторний стакан під максимально наповнену переливну посудину і занурюй по черзі тримач із тягарцями для сумарних мас 50 г, 100 г і 150 г повністю в переливну посудину.
- Зчитай для цієї маси значення сили тяжіння у воді .
- Зачекай, доки вода перестане крапати, і тоді визнач важільними терезами масу витісненої води разом зі стаканом .
- Внеси всі виміряні значення до таблиці.
- Підказка: для кожної сумарної маси стеж, щоб стакан був сухий, а переливна посудина - наповнена максимально.
Виконання (4/4)
- Щоб розібрати штативну основу, натисни кнопки посередині й розведи обидві половини.
Розбирання штативної основи
Протокол
Таблиця
m_0 [г]:
Внеси значення у відповідні поля.
Визнач виштовхувальні сили для цих мас:
Визнач масу перелитої води:
Обчисли з неї відповідні сили тяжіння: ()
m = 50 г: F_G_iL [Н]:
m = 50 г: F_G_iW [Н]:
m = 50 г: F_A [Н]:
m = 50 г: m_1 [г]:
m = 50 г: m_W [г]:
m = 50 г: F_W [Н]:
m [г]
50
100
150
m = 100 г: F_G_iL [Н]:
m = 100 г: F_G_iW [Н]:
m = 100 г: F_A [Н]:
m = 100 г: m_1 [г]:
m = 100 г: m_W [г]:
m = 100 г: F_W [Н]:
m = 150 г: F_G_iL [Н]:
m = 150 г: F_G_iW [Н]:
m = 150 г: F_A [Н]:
m = 150 г: m_1 [г]:
m = 150 г: m_W [г]:
m = 150 г: F_W [Н]:
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання